L'effetto Mpemba, o perché l'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda? Perché l'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda? L'effetto Mpemba.

Ci sono molti fattori che influenzano quale acqua si congela più velocemente, calda o fredda, ma la domanda in sé sembra un po' strana. È implicito, ed è noto dalla fisica, che l'acqua calda ha ancora bisogno di tempo per raffreddarsi alla temperatura dell'acqua fredda comparabile per trasformarsi in ghiaccio. In acqua fredda, questa fase può essere saltata e, di conseguenza, vince in tempo.

Ma la risposta alla domanda su quale acqua si congela più velocemente - fredda o calda - fuori nel gelo, conosce qualsiasi abitante delle latitudini settentrionali. In effetti, scientificamente, risulta che in ogni caso, l'acqua fredda deve semplicemente congelare più velocemente.

L'insegnante di fisica, che fu avvicinato dallo scolaro Erasto Mpemba nel 1963 con la richiesta di spiegare perché la miscela fredda del futuro gelato si congela più a lungo di una simile ma calda, la pensava allo stesso modo.

"Questa non è fisica mondiale, ma una sorta di fisica Mpemba"

A quel tempo, l'insegnante rideva solo di questo, ma Deniss Osborne, un professore di fisica che un tempo si fermò nella stessa scuola in cui studiava Erasto, confermò sperimentalmente l'esistenza di un tale effetto, anche se allora non c'era alcuna spiegazione per questo. Nel 1969, una popolare rivista scientifica pubblicò un articolo congiunto di queste due persone che descriveva questo peculiare effetto.

Da allora, tra l'altro, la domanda su quale acqua si congela più velocemente - calda o fredda - ha il suo nome: l'effetto, o il paradosso, di Mpemba.

La domanda si poneva da tempo

Naturalmente, un tale fenomeno si è verificato prima ed è stato menzionato nei lavori di altri scienziati. Non solo lo scolaro era interessato a questo problema, ma René Descartes e persino Aristotele ci pensavano ai loro tempi.

Qui ci sono solo approcci per risolvere questo paradosso iniziato a guardare solo alla fine del ventesimo secolo.

Condizioni perché si verifichi un paradosso

Come con il gelato, non è solo l'acqua normale che si congela durante l'esperimento. Alcune condizioni devono essere presenti per iniziare a discutere su quale acqua si congela più velocemente, fredda o calda. Cosa influenza il corso di questo processo?

Ora, nel 21° secolo, sono state avanzate diverse opzioni che possono spiegare questo paradosso. Quale acqua si congela più velocemente, calda o fredda, può dipendere dal fatto che ha una velocità di evaporazione più rapida di quella dell'acqua fredda. Pertanto, il suo volume diminuisce e, con una diminuzione del volume, il tempo di congelamento diventa più breve rispetto a quando prendiamo un volume iniziale simile di acqua fredda.

Scongelare a lungo il congelatore

Quale acqua si congela più velocemente, e perché succede, può essere influenzata dal rivestimento di neve che si trova nel congelatore del frigorifero utilizzato per l'esperimento. Se prendi due contenitori di volume identico, ma uno contiene acqua calda e l'altro contiene acqua fredda, il contenitore con acqua calda scioglierà la neve sottostante, migliorando così il contatto del livello termico con la parete di il frigorifero. Un contenitore di acqua fredda non può farlo. Se non c'è un tale rivestimento con la neve nel comparto frigorifero, l'acqua fredda dovrebbe congelare più velocemente.

Alto - Basso

Inoltre, il fenomeno di cui l'acqua si congela più velocemente, calda o fredda, è spiegato come segue. Seguendo determinate leggi, l'acqua fredda inizia a congelare dagli strati superiori, quando l'acqua calda fa il contrario: inizia a congelare dal basso verso l'alto. In questo caso, si scopre che l'acqua fredda, avendo uno strato freddo sopra con ghiaccio già formato in alcuni punti, peggiora così i processi di convezione e radiazione termica, spiegando così quale acqua si congela più velocemente: fredda o calda. La foto di esperimenti amatoriali è allegata ed è chiaramente visibile qui.

Il calore si spegne, tendendo verso l'alto, e lì incontra uno strato molto raffreddato. Non c'è un percorso libero per la radiazione termica, quindi il processo di raffreddamento diventa difficile. L'acqua calda non ha assolutamente tali ostacoli sul suo cammino. Quale si congela più velocemente - freddo o caldo, da cui dipende il probabile risultato, puoi espandere la risposta dal fatto che qualsiasi acqua ha determinate sostanze disciolte in essa.

Impurità nell'acqua come fattore che influenza il risultato

Se non imbrogli e usi acqua con la stessa composizione, dove le concentrazioni di alcune sostanze sono identiche, l'acqua fredda dovrebbe congelare più velocemente. Ma se si verifica una situazione in cui gli elementi chimici disciolti sono disponibili solo nell'acqua calda e l'acqua fredda non li possiede, allora c'è la possibilità che l'acqua calda si congeli prima. Ciò è spiegato dal fatto che i soluti nell'acqua creano centri di cristallizzazione e, con un piccolo numero di questi centri, la trasformazione dell'acqua in uno stato solido è difficile. È anche possibile il sovraraffreddamento dell'acqua, nel senso che a temperature sotto lo zero sarà allo stato liquido.

Ma tutte queste versioni, a quanto pare, non si adattavano completamente agli scienziati e hanno continuato a lavorare su questo problema. Nel 2013, un team di ricercatori di Singapore ha affermato di aver risolto un mistero secolare.

Un gruppo di scienziati cinesi sostiene che il segreto di questo effetto risiede nella quantità di energia che viene immagazzinata tra le molecole d'acqua nei suoi legami, chiamati legami idrogeno.

Indizio dagli scienziati cinesi

Questo è seguito da informazioni, per capire quale è necessario avere alcune conoscenze in chimica per capire quale acqua si congela più velocemente: calda o fredda. Come sai, è costituito da due atomi di H (idrogeno) e un atomo di O (ossigeno), tenuti insieme da legami covalenti.

Ma anche gli atomi di idrogeno di una molecola sono attratti dalle molecole vicine, dalla loro componente di ossigeno. Sono questi legami che sono chiamati legami a idrogeno.

Va ricordato che allo stesso tempo le molecole d'acqua sono repulsive l'una con l'altra. Gli scienziati hanno notato che quando l'acqua si riscalda, la distanza tra le sue molecole aumenta e ciò è dovuto alle forze repulsive. Si scopre che occupando una distanza tra le molecole allo stato freddo, si potrebbe dire, si allungano e hanno una maggiore riserva di energia. È questa riserva di energia che viene rilasciata quando le molecole d'acqua iniziano ad avvicinarsi l'una all'altra, cioè si verifica il raffreddamento. Si scopre che una maggiore fornitura di energia nell'acqua calda e il suo maggiore rilascio quando viene raffreddata a temperature inferiori allo zero, avviene più velocemente che nell'acqua fredda, che ha meno tale energia. Quindi quale acqua si congela più velocemente: fredda o calda? Per strada e in laboratorio dovrebbe verificarsi il paradosso di Mpemba e l'acqua calda dovrebbe trasformarsi in ghiaccio più velocemente.

Ma la domanda è ancora aperta

C'è solo una conferma teorica di questo indizio: tutto questo è scritto in bellissime formule e sembra plausibile. Ma quando i dati sperimentali, che l'acqua congela più velocemente - calda o fredda, vengono messi in un senso pratico e vengono presentati i loro risultati, allora la questione del paradosso di Mpemba può essere considerata chiusa.

Questo è vero, anche se sembra incredibile, perché nel processo di congelamento, l'acqua preriscaldata deve superare la temperatura dell'acqua fredda. Nel frattempo, questo effetto è ampiamente utilizzato: ad esempio, i rulli e gli scivoli sono inondati di acqua calda anziché fredda in inverno. Gli esperti consigliano agli automobilisti di versare acqua fredda, non calda, nel serbatoio della lavatrice in inverno. Il paradosso è conosciuto in tutto il mondo come "Effetto Mpemba".

Questo fenomeno è stato menzionato un tempo da Aristotele, Francis Bacon e René Descartes, ma solo nel 1963 i professori di fisica hanno attirato l'attenzione su di esso e hanno cercato di indagarlo. Tutto è iniziato quando uno studente delle superiori della Tanzania, Erasto Mpemba, ha notato che il latte zuccherato che usava per fare il gelato si congelava più velocemente se veniva preriscaldato e suggerì che l'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda. Si è rivolto all'insegnante di fisica per un chiarimento, ma ha solo riso dello studente, dicendo quanto segue: "Questa non è fisica mondiale, ma la fisica di Mpemba".

Fortunatamente, un giorno Dennis Osborne, professore di fisica all'Università di Dar es Salaam, visitò la scuola. E Mpemba si rivolse a lui con la stessa domanda. Il professore era meno scettico, disse che non poteva giudicare ciò che non aveva mai visto e al ritorno a casa chiese allo staff di condurre esperimenti appropriati. Sembrano aver confermato le parole del ragazzo. Ad ogni modo, nel 1969 Osborne parlò di lavorare con Mpemba nella rivista "Eng. FisicaFormazione scolastica". Nello stesso anno, George Kell del Canadian National Research Council ha pubblicato un articolo che descrive il fenomeno in Eng. americanorivistadiFisica».

Ci sono diversi modi per spiegare questo paradosso:

• L'acqua calda evapora più velocemente, riducendo così il suo volume e un volume d'acqua più piccolo con la stessa temperatura si congela più velocemente. L'acqua fredda dovrebbe congelare più velocemente in contenitori sigillati.
• La presenza di un rivestimento di neve. Il contenitore dell'acqua calda scioglie la neve sottostante, migliorando così il contatto termico con la superficie di raffreddamento. L'acqua fredda non scioglie la neve sottostante. Se non è presente un rivestimento di neve, il contenitore dell'acqua fredda dovrebbe congelare più velocemente.
• L'acqua fredda inizia a congelare dall'alto, peggiorando così i processi di irraggiamento e convezione del calore, e quindi la perdita di calore, mentre l'acqua calda inizia a congelare dal basso. Con un'ulteriore agitazione meccanica dell'acqua nei contenitori, l'acqua fredda dovrebbe congelare più velocemente.
• La presenza di centri di cristallizzazione nell'acqua raffreddata - sostanze disciolte in essa. Con un piccolo numero di tali centri in acqua fredda, la trasformazione dell'acqua in ghiaccio è difficile e anche la sua ipotermia è possibile quando rimane allo stato liquido, avendo una temperatura sotto lo zero.

Un'altra spiegazione è stata pubblicata di recente. Il Dr. Jonathan Katz dell'Università di Washington ha studiato questo fenomeno e ha concluso che le sostanze disciolte nell'acqua, che precipitano quando vengono riscaldate, svolgono un ruolo importante in esso.
Per soluti, il Dr. Katz si riferisce ai bicarbonati di calcio e magnesio che si trovano nell'acqua dura. Quando l'acqua viene riscaldata, queste sostanze precipitano e l'acqua diventa "morbida". L'acqua che non è mai stata riscaldata contiene queste impurità, è "dura". Quando si congela e si formano cristalli di ghiaccio, la concentrazione di impurità nell'acqua aumenta di 50 volte. Questo abbassa il punto di congelamento dell'acqua.

Questa spiegazione non mi sembra convincente, poiché non dobbiamo dimenticare che l'effetto è stato riscontrato negli esperimenti con il gelato e non con l'acqua dura. Molto probabilmente, le ragioni del fenomeno sono termofisiche, non chimiche.

Finora non è stata ricevuta alcuna spiegazione univoca del paradosso di Mpemba. Devo dire che alcuni scienziati non considerano questo paradosso degno di attenzione. Tuttavia, è molto interessante che un semplice scolaro abbia ottenuto il riconoscimento di un effetto fisico e abbia guadagnato popolarità grazie alla sua curiosità e perseveranza.

Aggiunto a febbraio 2014

La nota è stata scritta nel 2011. Da allora sono comparsi nuovi studi sull'effetto Mpemba e nuovi tentativi di spiegarlo. Così, nel 2012, la Royal Society of Chemistry of Great Britain ha annunciato un concorso internazionale per risolvere il mistero scientifico "Mpemba Effect" con un montepremi di 1000 sterline. La scadenza è stata fissata al 30 luglio 2012. Il vincitore è stato Nikola Bregovik del laboratorio dell'Università di Zagabria. Ha pubblicato il suo lavoro, in cui ha analizzato i precedenti tentativi di spiegare questo fenomeno ed è giunto alla conclusione che non sono convincenti. Il modello da lui proposto si basa sulle proprietà fondamentali dell'acqua. Gli interessati possono trovare lavoro al link http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-winner.asp

La ricerca non è finita qui. Nel 2013, i fisici di Singapore hanno teoricamente dimostrato la causa dell'effetto Mepemba. Il lavoro può essere trovato su http://arxiv.org/abs/1310.6514.

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Commenti:

Alexey Mishnev. , 06.10.2012 04:14

Perché l'acqua calda evapora più velocemente? Gli scienziati hanno praticamente dimostrato che un bicchiere di acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda. Gli scienziati non possono spiegare questo fenomeno perché non comprendono l'essenza dei fenomeni: caldo e freddo! Il caldo e il freddo sono una sensazione fisica che provoca l'interazione di particelle di Materia, sotto forma di una controcompressione di onde magnetiche che si muovono dal lato dello spazio e dal centro della terra. Pertanto, maggiore è la differenza di potenziale di questa tensione magnetica, più veloce è lo scambio di energia con il metodo della contropenetrazione di alcune onde in altre. Cioè, con il metodo di diffusione! In risposta al mio articolo, un avversario scrive: 1) ".. L'acqua calda evapora PI VELOCEMENTE, per cui ce n'è meno, quindi si congela più velocemente" Domanda! Quale energia fa evaporare più velocemente l'acqua? 2) Nel mio articolo parliamo di un bicchiere, e non di un trogolo di legno, che l'avversario cita come controargomentazione. Che c'è! Rispondo alla domanda: "PERCHE' L'ACQUA EVAPORA IN NATURA?" Le onde magnetiche, che si muovono sempre dal centro della terra nello spazio, superando la contropressione delle onde di compressione magnetica (che si spostano sempre dallo spazio al centro della terra), allo stesso tempo, spruzzano particelle d'acqua, poiché si spostano nello spazio , aumentano di volume. Cioè, si stanno espandendo! In caso di superamento delle onde di compressione magnetica, questi vapori d'acqua vengono compressi (condensati) e sotto l'influenza di queste forze di compressione magnetica, l'acqua sotto forma di precipitazione ritorna al suolo! Distinti saluti! Alexey Mishnev. 6 ottobre 2012.

Alexey Mishnev. , 06.10.2012 04:19

Cos'è la temperatura. La temperatura è il grado di sollecitazione elettromagnetica delle onde magnetiche con energia di compressione ed espansione. Nel caso di uno stato di equilibrio di queste energie, la temperatura del corpo o della sostanza è in uno stato stabile. Quando lo stato di equilibrio di queste energie è disturbato, nella direzione dell'energia di espansione, il corpo o la sostanza aumenta nel volume dello spazio. Se l'energia delle onde magnetiche viene superata nella direzione della compressione, il corpo o la sostanza diminuisce nel volume dello spazio. Il grado di sollecitazione elettromagnetica è determinato dal grado di espansione o contrazione del corpo di riferimento. Alexey Mishnev.

Moiseeva Natalia, 23.10.2012 11:36 | VNIIM

Alexey, stai parlando di un articolo che espone le tue opinioni sul concetto di temperatura. Ma nessuno l'ha letto. Per favore dammi un link. In generale, le tue opinioni sulla fisica sono molto particolari. Non ho mai sentito parlare di "espansione elettromagnetica del corpo di riferimento".

Yuri Kuznetsov, 04/12/2012 12:32

Si propone l'ipotesi che si tratti della risonanza intermolecolare e dell'attrazione ponderomotrice da essa generata tra le molecole. Nell'acqua fredda, le molecole si muovono e vibrano caoticamente, con frequenze diverse. Quando l'acqua viene riscaldata, con un aumento della frequenza di vibrazione, la loro gamma si restringe (la differenza di frequenza dall'acqua calda liquida al punto di vaporizzazione diminuisce), le frequenze di vibrazione delle molecole si avvicinano l'una all'altra, a seguito della quale si verifica una risonanza tra le molecole. Al raffreddamento, questa risonanza è parzialmente preservata, ma non si estingue immediatamente. Prova a premere una delle due corde risonanti della chitarra. Ora lascia andare: la corda riprenderà a vibrare, la risonanza ripristinerà le sue vibrazioni. Allo stesso modo, nell'acqua congelata le molecole raffreddate dall'esterno cercano di perdere l'ampiezza e la frequenza delle oscillazioni, ma le molecole "calde" all'interno del vaso "tirano" indietro le oscillazioni, agiscono come vibratori e quelle esterne - come risonatori. L'attrazione ponderomotrice* sorge tra vibratori e risonatori. Quando la forza ponderomotrice diventa maggiore della forza causata dall'energia cinetica delle molecole (che non solo vibrano, ma si muovono anche linearmente), si verifica una cristallizzazione accelerata - l'"Effetto Mpemba". La connessione ponderomotrice è molto fragile, l'effetto Mpemba dipende fortemente da tutti i fattori associati: il volume dell'acqua congelata, la natura del suo riscaldamento, le condizioni di congelamento, la temperatura, la convezione, le condizioni di trasferimento del calore, la saturazione del gas, le vibrazioni dell'unità di refrigerazione, ventilazione, impurità, evaporazione, ecc. anche dall'illuminazione ... Pertanto, l'effetto ha molte spiegazioni ed è talvolta difficile da riprodurre. Per lo stesso motivo "risonante", l'acqua bollita bolle più velocemente dell'acqua non bollita - per qualche tempo dopo l'ebollizione, la risonanza mantiene l'intensità delle vibrazioni delle molecole d'acqua (la perdita di energia durante il raffreddamento è principalmente dovuta alla perdita di energia cinetica del movimento lineare di molecole). Con un riscaldamento intenso, le molecole del vibratore cambiano ruolo con le molecole del risonatore rispetto al congelamento: la frequenza del vibratore è inferiore alla frequenza del risonatore, il che significa che non si verifica attrazione tra le molecole, ma repulsione, che accelera la transizione a un altro stato di aggregazione (coppia).

Vlad, 12/11/2012 03:42

Mi ha rotto il cervello...

Anton, 02/04/2013 02:02

1. Questa attrazione ponderomotrice è così grande da influenzare il processo di trasferimento del calore? 2. Questo significa che quando tutti i corpi vengono riscaldati a una certa temperatura, le loro particelle strutturali entrano in risonanza? 3. per cui, raffreddandosi, questa risonanza scompare? 4. È questa la tua ipotesi? Se c'è una fonte, si prega di indicare. 5. Secondo questa teoria, la forma della nave svolgerà un ruolo importante e, se è sottile e piatta, la differenza nel tempo di congelamento non sarà grande, ad es. puoi verificarlo.

Gudrat, 11.03.2013 10:12 | METAK

L'acqua fredda contiene già atomi di azoto e la distanza tra le molecole d'acqua è minore rispetto all'acqua calda. Questa è la conclusione: l'acqua calda assorbe gli atomi di azoto più velocemente e allo stesso tempo si congela rapidamente rispetto all'acqua fredda - questo è paragonabile al ferro da stiro, poiché l'acqua calda si trasforma in ghiaccio e il ferro caldo si indurisce con un rapido raffreddamento!

Vladimir, 13/03/2013 06:50

o forse così: la densità dell'acqua calda e del ghiaccio è inferiore alla densità dell'acqua fredda, e quindi l'acqua non ha bisogno di cambiare densità, perde un po' di tempo e si congela.

Alexey Mishnev, 21/03/2013 11:50

Prima di parlare di risonanze, attrazioni e vibrazioni delle particelle, bisogna capire e rispondere alla domanda: quali forze fanno vibrare le particelle? Perché senza energia cinetica non può esserci compressione. Senza compressione non ci può essere espansione. Senza espansione non ci può essere energia cinetica! Quando inizi a parlare della risonanza delle corde, prima hai fatto uno sforzo per far vibrare una di queste corde! Quando si parla di attrazione bisogna innanzitutto indicare la forza che fa attrarre questi corpi! Sostengo che tutti i corpi sono compressi dall'energia elettromagnetica dell'atmosfera e che comprime tutti i corpi, le sostanze e le particelle elementari con una forza di 1,33 kg. non per cm2, ma per particella elementare.Poiché la pressione dell'atmosfera non può essere selettiva!Non confonderla con la quantità di forza!

Dodik, 31/05/2013 02:59

Mi sembra che tu abbia dimenticato una verità: "La scienza inizia dove iniziano le misurazioni". Qual è la temperatura dell'acqua "calda"? Qual è la temperatura dell'acqua "fredda"? L'articolo non dice una parola su questo. Da questo possiamo concludere: l'intero articolo è una stronzata!

Grigory, 06/04/2013 12:17

Dodik, prima di definire un articolo una sciocchezza, devi pensare di imparare, almeno un po'. E non solo misurare.

Dmitry, 24.12.2013 10:57

Le molecole di acqua calda si muovono più velocemente che quando fa freddo, per questo c'è un contatto più stretto con l'ambiente, sembrano assorbire tutto il freddo, rallentando rapidamente.

Ivan, 01/10/2014 05:53

È sorprendente che un articolo così anonimo appaia su questo sito. L'articolo è completamente antiscientifico. Sia l'autore che i commentatori fanno a gara tra loro alla ricerca di una spiegazione del fenomeno, senza preoccuparsi di scoprire se il fenomeno viene osservato e, se osservato, in quali condizioni. Inoltre, non c'è nemmeno un accordo su ciò che effettivamente osserviamo! Quindi l'autore insiste sulla necessità di spiegare l'effetto del congelamento rapido del gelato caldo, anche se dall'intero testo (e dalle parole "l'effetto è stato riscontrato in esperimenti con il gelato") ne consegue che lui stesso non ha messo in scena tali esperimenti. Dalle varianti della "spiegazione" del fenomeno elencate nell'articolo, è chiaro che vengono descritti esperimenti completamente diversi, impostati in condizioni diverse con soluzioni acquose diverse. Sia l'essenza delle spiegazioni che il modo congiuntivo in esse suggeriscono che non è stato effettuato nemmeno un controllo elementare delle idee espresse. Qualcuno ha sentito per caso una storia curiosa e ha espresso casualmente la sua conclusione speculativa. Mi dispiace, ma questo non è uno studio scientifico fisico, ma una conversazione in una sala fumatori.

Ivan, 01/10/2014 06:10

Per quanto riguarda i commenti nell'articolo sul riempimento dei rulli con serbatoi di acqua calda e acqua fredda. Tutto è semplice dal punto di vista della fisica elementare. La pista di pattinaggio si riempie di acqua calda proprio perché gela più lentamente. Il rullo deve essere livellato e liscio. Prova a riempirlo con acqua fredda: otterrai protuberanze e "noduli", tk. l'acqua _ rapidamente_ congelerà senza avere il tempo di distribuirsi in uno strato uniforme. E quello caldo avrà il tempo di diffondersi in uno strato uniforme e le collinette di ghiaccio e neve esistenti si scioglieranno. Inoltre, non è difficile con una lavatrice: non ha senso versare acqua pulita nel gelo: si congela sul vetro (anche caldo); e un liquido caldo non congelante può portare alla rottura del vetro freddo, inoltre avrà un aumento del punto di congelamento sul vetro a causa dell'evaporazione accelerata degli alcoli sulla strada per il vetro (tutti hanno familiarità con il principio del chiaro di luna ancora ? - l'alcol evapora, l'acqua rimane).

Ivan, 01/10/2014 06:34

In effetti, è sciocco chiedersi perché due esperimenti diversi in condizioni diverse procedano in modo diverso. Se l'esperimento è impostato in modo pulito, è necessario prendere acqua calda e fredda con la stessa composizione chimica: prendiamo acqua bollente preraffreddata dallo stesso bollitore. Versare in recipienti identici (ad esempio, bicchieri a parete sottile). Non lo posizioniamo sulla neve, ma sulla stessa base piatta e asciutta, ad esempio un tavolo di legno. E non in un microcongelatore, ma in un termostato sufficientemente voluminoso - ho condotto un esperimento un paio di anni fa alla dacia, quando fuori c'era un clima gelido stabile a circa -25°C. L'acqua cristallizza ad una certa temperatura dopo il rilascio del calore di cristallizzazione. L'ipotesi si riduce all'affermazione che l'acqua calda si raffredda più velocemente (è così, secondo la fisica classica, la velocità di trasferimento del calore è proporzionale alla differenza di temperatura), ma mantiene una velocità di raffreddamento maggiore anche quando la sua temperatura è uguale alla temperatura di acqua fredda. La domanda è, qual è la differenza tra l'acqua raffreddata a + 20 ° C all'esterno e esattamente la stessa acqua che si è raffreddata a + 20 ° C un'ora prima, ma nella stanza? La fisica classica (a proposito, basata non sulle chiacchiere in una sala fumatori, ma su centinaia di migliaia e milioni di esperimenti) dice: sì, niente, l'ulteriore dinamica di raffreddamento sarà la stessa (solo il punto +20 dell'acqua bollente raggiungerà dopo). E l'esperimento mostra lo stesso: quando c'è già una forte crosta di ghiaccio in un bicchiere con acqua inizialmente fredda, l'acqua calda non ha nemmeno pensato di congelare. P.S. Ai commenti di Yuri Kuznetsov. La presenza di un certo effetto può considerarsi accertata quando sono descritte le condizioni per il suo verificarsi ed è stabilmente riprodotta. E quando abbiamo non è chiaro quali esperimenti con ignote quali condizioni, è prematuro costruire teorie della loro spiegazione e questo non dà nulla da un punto di vista scientifico. P.P.S. Bene, è impossibile leggere i commenti di Alexei Mishnev senza lacrime di emozione: una persona vive in una sorta di mondo immaginario che non ha nulla a che fare con la fisica e gli esperimenti reali.

Grigory, 13/01/2014 10:58

Ivan, a quanto mi risulta, confuti l'effetto Mpemba? Non esiste, come dimostrano i tuoi esperimenti? Perché è così famoso in fisica e molti stanno cercando di spiegarlo?

Ivan, 14/02/2014 01:51

Buon pomeriggio, Grigorij! L'effetto di un esperimento simulato esiste. Ma, come sai, questo non è un motivo per cercare nuovi modelli in fisica, ma un motivo per migliorare l'abilità dello sperimentatore. Come ho già notato nei commenti, in tutti i suddetti tentativi di spiegare "l'effetto Mpemba", i ricercatori non possono nemmeno formulare chiaramente cosa esattamente e in quali condizioni stanno misurando. E vuoi dire che questi sono fisici sperimentali? Non farmi ridere. L'effetto è noto non in fisica, ma in discussioni pseudo-scientifiche su vari forum e blog, di cui ora c'è un mare. Come un vero e proprio effetto fisico (nel senso come conseguenza di alcune nuove leggi fisiche, e non come conseguenza di un'errata interpretazione o solo di un mito) lo percepiscono le persone lontane dalla fisica. Quindi non c'è motivo di parlare dei risultati di diversi esperimenti condotti in condizioni completamente diverse come un unico effetto fisico.

Pavel, 18/02/2014 09:59

hmm, ragazzi... articolo per "Speed ​​Info"... Senza offesa... ;) Ivan ha ragione in tutto...

Gregorio, 19/02/2014 12:50

Ivan, sono d'accordo che ci sono molti siti pseudo-scientifici che pubblicano materiale sensazionale non verificato al giorno d'oggi.? Dopotutto, l'effetto Mpemba è ancora oggetto di indagine. Inoltre, gli scienziati delle università stanno facendo ricerche. Ad esempio, nel 2013 questo effetto è stato studiato da un gruppo della University of Technology di Singapore. Dai un'occhiata al link http://arxiv.org/abs/1310.6514. Credono di aver trovato una spiegazione per questo effetto. Non scriverò in dettaglio sull'essenza della scoperta, ma secondo loro l'effetto è associato alla differenza nelle energie immagazzinate nei legami idrogeno.

Moiseeva N.P. 19/02/2014 03:04

Per tutti coloro che sono interessati allo studio dell'effetto Mpemba, ho leggermente integrato il materiale dell'articolo e fornito collegamenti in cui è possibile conoscere gli ultimi risultati (vedi testo). Grazie per i commenti.

Ildar, 24.02.2014 04:12 | non ha senso elencare tutto

Se questo effetto di Mpemba avviene davvero, allora la spiegazione va cercata, credo, nella struttura molecolare dell'acqua. L'acqua (come ho appreso dalla letteratura scientifica popolare) non esiste come molecole di H2O separate, ma in gruppi di diverse molecole (anche decine). All'aumentare della temperatura dell'acqua, la velocità del movimento molecolare aumenta, i cluster si rompono e i legami di valenza delle molecole non hanno il tempo di assemblare grandi cluster. Ci vuole un po' più di tempo per la formazione dei cluster che per la diminuzione della velocità di movimento delle molecole. E poiché i cluster sono più piccoli, la formazione del reticolo cristallino è più veloce. In acqua fredda, a quanto pare, ammassi abbastanza grandi e stabili impediscono la formazione di un reticolo; ci vuole del tempo per la loro distruzione. Io stesso ho visto in TV un effetto curioso, quando l'acqua fredda, tranquillamente in piedi in un barattolo, è rimasta liquida per diverse ore al freddo. Ma non appena il vaso fu preso in mano, cioè furono leggermente spostati dal suo posto, l'acqua nel vaso immediatamente si cristallizzò, divenne opaca e il vaso scoppiò. Ebbene, il prete, che ha mostrato questo effetto, lo ha spiegato con il fatto che l'acqua era consacrata. A proposito, si scopre che l'acqua cambia fortemente la sua viscosità a seconda della temperatura. Noi, come grandi creature, siamo invisibili e, a livello dei piccoli crostacei (mm e meno), e ancor più dei batteri, la viscosità dell'acqua è un fattore molto significativo. Questa viscosità, credo, è anche determinata dalla dimensione dei gruppi d'acqua.

GRIGIO, 15/03/2014 05:30

tutto ciò che vediamo in giro sono caratteristiche superficiali (proprietà) per cui prendiamo per energia solo ciò di cui possiamo misurare o provare l'esistenza in qualsiasi modo altrimenti un vicolo cieco. Questo fenomeno, l'effetto Mpemba, può essere spiegato solo da una semplice teoria volumetrica che unirà tutti i modelli fisici in un'unica struttura di interazione. infatti tutto è semplice

Nikita, 06/06/2014 04:27 | macchina

ma come far restare l'acqua fredda ma non calda quando si va in macchina!

alexey, 10/03/2014 01:09

Ed ecco un'altra "scoperta" in movimento. L'acqua in una bottiglia di plastica si congela molto più velocemente con il tappo aperto. Per divertimento, ho impostato l'esperimento molte volte in condizioni di forte gelo. L'effetto è evidente. Ciao teorici!

Eugenio, 27.12.2014 08:40

Principio del raffreddatore evaporativo. Prendiamo due bottiglie ermeticamente chiuse con acqua fredda e calda. Lo mettiamo al freddo. L'acqua fredda si congela più velocemente. Ora prendiamo le stesse bottiglie con acqua fredda e calda, le apriamo e le mettiamo al gelo. L'acqua calda si congelerà più velocemente dell'acqua fredda. Se prendiamo due bacinelle di acqua fredda e calda, l'acqua calda si congelerà molto più velocemente. Ciò è dovuto al fatto che stiamo aumentando il contatto con l'atmosfera. Più intensa è l'evaporazione, più rapido è il calo di temperatura. Qui è necessario menzionare il fattore di umidità. Più bassa è l'umidità, più forte è l'evaporazione e più forte è il raffreddamento.

grigio TOMSK, 03/01/2015 10:55

GRAY, 15/03/2014 05:30 - continua Quello che sai sulla temperatura non è tutto. C'è di più. Se elabori correttamente un modello fisico della temperatura, diventerà la chiave per descrivere i processi energetici dalla diffusione, fusione e cristallizzazione a scale come un aumento della temperatura con un aumento della pressione, un aumento della pressione con un aumento della temperatura . Anche il modello fisico dell'energia del Sole risulterà chiaro da quanto sopra. Sono in inverno. ... all'inizio della primavera del 20013, dopo aver esaminato i modelli di temperatura, ha compilato un modello generale di temperatura. Dopo un paio di mesi mi sono ricordato del paradosso della temperatura e poi ho capito... che il mio modello di temperatura descrive anche il paradosso di Mpemba. Questo è stato nel maggio - giugno 2013. Un anno di ritardo, ma è meglio così. Il mio modello fisico è un fermo immagine e può essere fatto scorrere sia in avanti che all'indietro, e ha la motilità dell'attività, l'attività stessa in cui tutto si muove. Ho 8 gradi di scuola e 2 anni di college con una ripetizione dell'argomento. Sono passati 20 anni. Quindi non posso attribuire nessun tipo di modello fisico di famosi scienziati, né formule. Quindi mi dispiace.

Andrey, 11/08/2015 08:52

In generale, ho un'idea del motivo per cui l'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda. E nelle mie spiegazioni, tutto è molto semplice, se sei interessato, allora scrivimi via e-mail: [e-mail protetta]

Andrey, 11/08/2015 08:58

Scusa, ho inserito la casella di posta sbagliata, ecco l'email corretta: [e-mail protetta]

Victor, 23/12/2015 10:37

Mi sembra che tutto sia più semplice, abbiamo la neve, è un gas vaporizzato, raffreddato, quindi può raffreddarsi più velocemente nel gelo, perché evapora e si cristallizza immediatamente senza salire molto, e l'acqua allo stato gassoso si raffredda più velocemente che in un liquido)

Bekzhan, 28/01/2016 09:18

Anche se qualcuno avesse rivelato queste leggi del mondo che sono associate a questi effetti, non avrebbe scritto qui.Dal mio punto di vista, non sarebbe logico rivelare i suoi segreti agli utenti di Internet, quando può pubblicarlo in famosi riviste scientifiche e mettersi alla prova personalmente di fronte alla gente. Quindi, ciò che verrà scritto qui su questo effetto, tutto questo non è logico per la maggioranza.)))

Alex, 22/02/2016 12:48

ciao Sperimentatori Hai ragione quando dici che la Scienza inizia dove... non Misure, ma Calcoli. "Esperimento" - un argomento eterno e indispensabile per coloro che sono privati ​​dell'immaginazione e del pensiero lineare. La velocità delle molecole che fuoriescono dall'acqua fredda nell'atmosfera determina la quantità di energia che portano via dall'acqua (il raffreddamento è una perdita di energia) La velocità delle molecole dall'acqua calda è molto più alta e l'energia trasportata è al quadrato (la velocità di raffreddamento della restante massa d'acqua) Tutto qui, se si parte dalla "sperimentazione" e si ricordano i Fondamenti di Base della Scienza

Vladimir, 25/04/2016 10:53 | Meteo

A quei tempi, quando l'antigelo era una rarità, l'acqua dal sistema di raffreddamento delle auto in un garage non riscaldato di un servizio auto veniva scaricata dopo una giornata di lavoro per non sbrinare un blocco cilindri o un radiatore, a volte entrambi insieme. L'acqua calda è stata versata al mattino. In caso di forte gelo, i motori si sono avviati senza problemi. In qualche modo, in assenza di acqua calda, hanno versato acqua dal rubinetto. L'acqua si è subito congelata. L'esperimento è stato costoso, esattamente quanto costa acquistare e sostituire il blocco cilindri e il radiatore di un'auto ZIL-131. Chi non crede, controlli. e Mpemba hanno sperimentato il gelato. La cristallizzazione procede in modo diverso nel gelato rispetto all'acqua. Prova a mordere un pezzo di gelato e un pezzo di ghiaccio con i denti. Molto probabilmente, non si è congelato, ma si è addensato a causa del raffreddamento. E l'acqua fresca, calda o fredda che sia, si congela a 0 * C. L'acqua fredda è veloce, ma l'acqua calda richiede tempo per raffreddarsi.

Vagabondo, 05/06/2016 12:54 | ad Alex

"c" - la velocità della luce nel vuoto E = mc ^ 2 - la formula che esprime l'equivalenza di massa ed energia

Alberto, 27/07/2016 08:22

Innanzitutto, c'è un'analogia con i solidi (non c'è processo di evaporazione). Recentemente stavo saldando tubi dell'acqua in rame. Il processo avviene riscaldando un bruciatore a gas fino al punto di fusione della saldatura. Il tempo di riscaldamento per un giunto con il manicotto è di circa un minuto. Ho saldato un giunto con il manicotto e dopo un paio di minuti mi sono accorto di averlo saldato in modo errato. Ci è voluto un po' per far scorrere il tubo nella manica. Ho iniziato a riscaldare la canna con il bruciatore e, sorprendentemente, ci sono voluti 3-4 minuti per scaldare la canna alla temperatura di fusione. Come mai!? Dopotutto, il tubo è ancora caldo e, a quanto pare, è necessaria molta meno energia per riscaldarlo fino al punto di fusione, ma tutto si è rivelato l'opposto. Riguarda la conducibilità termica, che è significativamente più alta per un tubo già riscaldato e il confine tra il tubo riscaldato e quello freddo in due minuti è riuscito ad allontanarsi dalla giunzione. Ora sull'acqua. Useremo i concetti di recipiente caldo e semi-riscaldato. In un recipiente caldo, si forma uno stretto confine di temperatura tra particelle calde, altamente mobili e inattive, fredde, che si sposta relativamente rapidamente dalla periferia al centro, perché a questo confine le particelle veloci cedono rapidamente la loro energia (vengono raffreddate) da particelle dall'altra parte del confine. Poiché il volume delle particelle fredde esterne è maggiore, le particelle veloci, emettendo la loro energia termica, non possono riscaldare in modo significativo le particelle fredde esterne. Pertanto, il processo di raffreddamento dell'acqua calda avviene in tempi relativamente brevi. L'acqua semiriscaldata ha una conduttività termica molto più bassa e l'ampiezza del confine tra le particelle semiriscaldate e quelle fredde è molto più ampia. Lo spostamento verso il centro di un bordo così ampio avviene molto più lentamente che nel caso di una nave calda. Di conseguenza, una nave calda si raffredda più velocemente di una calda. Penso che sia necessario monitorare la dinamica del processo di raffreddamento dell'acqua a temperatura diversa posizionando diversi sensori di temperatura dal centro al bordo della nave.

Max, 19/11/2016 05:07

È stato verificato: su Yamal, nel gelo, un tubo con acqua gassata si congela e deve essere riscaldato, ma l'acqua fredda no!

Artem, 12/09/2016 01:25

È difficile, ma penso che l'acqua fredda sia più densa dell'acqua calda sia persino migliore dell'acqua bollita, e poi c'è un'accelerazione nel raffreddamento, ecc. l'acqua calda raggiunge la temperatura fredda e la supera, e se si tiene conto del fatto che l'acqua calda gela dal basso e non dall'alto come scritto sopra, questo velocizza molto il processo!

Alessandro Sergeev, 21.08.2017 10:52

Non c'è tale effetto. Ahimè. Nel 2016 è stato pubblicato su Nature un articolo dettagliato sull'argomento: https://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect È chiaro da esso che con accurati esperimenti (se i campioni di acqua calda e fredda sono gli stessi in tutto tranne la temperatura), l'effetto non si osserva ...

Zablab, 22/08/2017 05:31

Victor, 27/10/2017 03:52

"È davvero." - se la scuola non ha capito cosa sono la capacità termica e la legge di conservazione dell'energia. È facile da controllare: per questo hai bisogno: un desiderio, una testa, mani, acqua, un frigorifero e una sveglia. E le piste di pattinaggio, come dicono gli esperti, congelano (riempiscono) con acqua fredda e con acqua calda livellano il ghiaccio tagliato. E in inverno, il liquido antigelo deve essere versato nel serbatoio della lavatrice, non nell'acqua. L'acqua si congelerà in ogni caso e l'acqua fredda si congelerà più velocemente.

Irina, 23/01/2018 10:58

scienziati di tutto il mondo combattono questo paradosso sin dai tempi di Aristotele e Victor, Zavlab e Sergeev si sono rivelati i più intelligenti.

Denis, 02/01/2018 08:51

Tutto è scritto correttamente nell'articolo. Ma il motivo è un po' diverso. Nel processo di ebollizione, l'aria disciolta in essa evapora dall'acqua, quindi, quando l'acqua bollente si raffredda, di conseguenza, la sua densità sarà inferiore a quella dell'acqua grezza della stessa temperatura. Non ci sono altre ragioni per differenti conducibilità termiche se non per differenti densità.

Zavlab, 03/01/2018 08:58 | Zavlab

Irina :), "scienziati di tutto il mondo" non combattono con questo "paradosso", per i veri scienziati questo "paradosso" semplicemente non esiste - è facilmente verificabile in condizioni ben riproducibili. Il "paradosso" è apparso a causa degli esperimenti irriproducibili del ragazzo africano Mpemba ed è stato esagerato da tali "scienziati" :)

L'effetto Mpemba, o perché l'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda? L'effetto Mpemba (paradosso Mpemba) è un paradosso che afferma che l'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda in determinate condizioni, sebbene debba superare la temperatura dell'acqua fredda durante il processo di congelamento. Questo paradosso è un fatto sperimentale che contraddice i concetti usuali, secondo i quali, a parità di condizioni, un corpo più riscaldato per raffreddarsi ad una certa temperatura impiega più tempo di un corpo meno riscaldato per raffreddarsi alla stessa temperatura. Questo fenomeno fu notato all'epoca da Aristotele, Francis Bacon e René Descartes, ma fu solo nel 1963 che uno scolaro tanzaniano Erasto Mpemba scoprì che una miscela di gelato calda si congela più velocemente di una fredda. Da studente alla Magamba High School in Tanzania, Erasto Mpemba ha svolto un lavoro pratico di cucina. Aveva bisogno di fare il gelato fatto in casa: far bollire il latte, sciogliervi lo zucchero, raffreddarlo a temperatura ambiente e poi metterlo in frigorifero per congelarlo. Apparentemente, Mpemba non era uno studente particolarmente diligente e ha ritardato il completamento della prima parte del compito. Temendo di non arrivare in tempo alla fine della lezione, mise il latte caldo in frigorifero. Con sua sorpresa, si è congelato anche prima del latte dei suoi compagni, preparato secondo una determinata tecnologia. Successivamente, Mpemba ha sperimentato non solo con il latte, ma anche con l'acqua normale. In ogni caso, già studente del liceo Mkvavskaya, ha chiesto al professor Dennis Osborne dell'University College di Dar es Salaam (invitato dal preside a tenere una lezione di fisica agli studenti) proprio sull'acqua: “Se prendiamo due contenitori identici con uguali volumi d'acqua in modo che in uno di essi l'acqua abbia una temperatura di 35 ° C, e nell'altro - 100 ° C, e mettili nel congelatore, quindi nel secondo l'acqua si congelerà più velocemente. ? " Osborne si interessò a questo problema e presto nel 1969 lui e Mpemba pubblicarono i risultati dei loro esperimenti sulla rivista "Physics Education". Da allora, l'effetto che hanno scoperto è chiamato effetto Mpemba. Finora nessuno sa esattamente come spiegare questo strano effetto. Gli scienziati non hanno una sola versione, sebbene ce ne siano molte. Riguarda la differenza nelle proprietà dell'acqua calda e fredda, ma non è ancora chiaro quali proprietà svolgano un ruolo in questo caso: la differenza di sottoraffreddamento, evaporazione, formazione di ghiaccio, convezione o l'effetto dei gas liquefatti sull'acqua a temperature diverse. Il paradosso dell'effetto Mpemba è che il tempo durante il quale un corpo si raffredda a temperatura ambiente dovrebbe essere proporzionale alla differenza di temperatura tra questo corpo e l'ambiente. Questa legge è stata stabilita da Newton e da allora è stata confermata molte volte nella pratica. In questo effetto, l'acqua con una temperatura di 100 ° C si raffredda a una temperatura di 0 ° C più velocemente della stessa quantità di acqua con una temperatura di 35 ° C. Tuttavia, questo non suggerisce ancora un paradosso, poiché l'effetto Mpemba può essere spiegato nell'ambito della fisica ben nota. Ecco alcune spiegazioni per l'effetto Mpemba: Evaporazione L'acqua calda evapora più velocemente da un contenitore, diminuendo così il suo volume, e un volume più piccolo di acqua alla stessa temperatura si congela più velocemente. L'acqua riscaldata a 100 C perde il 16% della sua massa quando viene raffreddata a 0 C. L'effetto dell'evaporazione è un doppio effetto. Innanzitutto, viene ridotta la quantità di acqua necessaria per il raffreddamento. E in secondo luogo, la temperatura diminuisce a causa del fatto che il calore di vaporizzazione della transizione dalla fase acquosa alla fase vapore diminuisce. Differenza di temperatura A causa del fatto che la differenza di temperatura tra l'acqua calda e l'aria fredda è maggiore, quindi lo scambio di calore in questo caso è più intenso e l'acqua calda si raffredda più velocemente. Ipotermia Quando l'acqua viene raffreddata al di sotto di 0°C non sempre si congela. In alcune condizioni può andare in ipotermia, continuando a rimanere liquido a temperature inferiori al punto di congelamento. In alcuni casi, l'acqua può rimanere liquida anche a una temperatura di -20 C. La ragione di questo effetto è che perché i primi cristalli di ghiaccio inizino a formarsi, sono necessari centri di formazione dei cristalli. Se non sono presenti nell'acqua liquida, l'ipotermia continuerà fino a quando la temperatura non scenderà così tanto che i cristalli inizieranno a formarsi spontaneamente. Quando iniziano a formarsi in un liquido super raffreddato, cominceranno a crescere più velocemente, formando una poltiglia di ghiaccio, che, congelandosi, formerà ghiaccio. L'acqua calda è più suscettibile all'ipotermia perché riscaldandola rimuove i gas disciolti e le bolle, che a loro volta possono fungere da centri per la formazione di cristalli di ghiaccio. Perché l'ipotermia fa congelare più velocemente l'acqua calda? Nel caso di acqua fredda, non sottoraffreddata, si verifica quanto segue. In questo caso, si formerà un sottile strato di ghiaccio sulla superficie della nave. Questo strato di ghiaccio fungerà da isolante tra l'acqua e l'aria fredda e impedirà un'ulteriore evaporazione. La velocità di formazione dei cristalli di ghiaccio in questo caso sarà più lenta. Nel caso di acqua calda soggetta a superraffreddamento, l'acqua superraffreddata non presenta uno strato superficiale protettivo di ghiaccio. Pertanto, perde calore molto più velocemente attraverso la parte superiore aperta. Quando il processo di ipotermia termina e l'acqua si congela, si perde molto più calore e quindi si forma più ghiaccio. Molti ricercatori di questo effetto considerano l'ipotermia il fattore principale nel caso dell'effetto Mpemba. Convezione L'acqua fredda inizia a congelare dall'alto, peggiorando i processi di irraggiamento e convezione del calore, e quindi la perdita di calore, mentre l'acqua calda inizia a congelare dal basso. Questo effetto è spiegato dall'anomalia della densità dell'acqua. L'acqua ha una densità massima a 4 C. Se raffreddi l'acqua a 4 C e la metti a una temperatura più bassa, lo strato superficiale dell'acqua si congelerà più velocemente. Poiché quest'acqua è meno densa dell'acqua a 4°C, rimarrà in superficie, formando uno strato sottile e freddo. In queste condizioni si formerà per breve tempo un sottile strato di ghiaccio sulla superficie dell'acqua, ma questo strato di ghiaccio fungerà da isolante proteggendo gli strati inferiori d'acqua, che rimarranno ad una temperatura di 4 C. Pertanto , l'ulteriore processo di raffreddamento sarà più lento. Nel caso dell'acqua calda, la situazione è completamente diversa. Lo strato superficiale d'acqua si raffredderà più velocemente a causa dell'evaporazione e di una maggiore differenza di temperatura. Inoltre, gli strati di acqua fredda sono più densi degli strati di acqua calda, quindi lo strato di acqua fredda affonderà, sollevando lo strato di acqua calda in superficie. Questa circolazione dell'acqua garantisce un rapido abbassamento della temperatura. Ma perché questo processo non riesce a raggiungere un punto di equilibrio? Per spiegare l'effetto Mpemba da questo punto di vista della convezione, si dovrebbe accettare che gli strati di acqua fredda e calda siano separati e il processo di convezione stesso continui dopo che la temperatura media dell'acqua scende sotto i 4 C. Tuttavia, non ci sono dati sperimentali che potrebbero confermano questa ipotesi che gli strati d'acqua fredda e calda siano separati per convezione. Gas disciolti nell'acqua L'acqua contiene sempre gas disciolti in essa - ossigeno e anidride carbonica. Questi gas hanno la capacità di ridurre il punto di congelamento dell'acqua. Quando l'acqua viene riscaldata, questi gas vengono rilasciati dall'acqua perché la loro solubilità in acqua ad alte temperature è inferiore. Pertanto, quando l'acqua calda viene raffreddata, contiene sempre meno gas disciolti rispetto all'acqua fredda non riscaldata. Pertanto, il punto di congelamento dell'acqua riscaldata è più alto e si congela più velocemente. Questo fattore è talvolta considerato il principale nello spiegare l'effetto Mpemba, sebbene non ci siano dati sperimentali che confermino questo fatto. Conducibilità termica Questo meccanismo può svolgere un ruolo significativo quando l'acqua viene posta in un vano frigorifero in piccoli contenitori. In queste condizioni si è notato che il contenitore con acqua calda scioglie il ghiaccio del congelatore sottostante, migliorando così il contatto termico con la parete del congelatore e la conducibilità termica. Di conseguenza, il calore viene rimosso da un contenitore con acqua calda più velocemente che dall'acqua fredda. A sua volta, il contenitore con acqua fredda non scongela la neve sotto di esso. Tutte queste (così come altre) condizioni sono state studiate in molti esperimenti, ma non è stata ottenuta una risposta univoca alla domanda - quale di esse fornisce una riproduzione al cento per cento dell'effetto Mpemba. Ad esempio, nel 1995 il fisico tedesco David Auerbach ha studiato l'effetto del superraffreddamento dell'acqua su questo effetto. Ha scoperto che l'acqua calda, raggiungendo uno stato super raffreddato, congela a una temperatura più alta dell'acqua fredda, il che significa più velocemente di quest'ultima. Ma l'acqua fredda raggiunge uno stato superraffreddato più velocemente dell'acqua calda, compensando così il ritardo precedente. Inoltre, i risultati di Auerbach contraddicevano i risultati precedenti secondo cui l'acqua calda può raggiungere una maggiore ipotermia a causa di un minor numero di centri di cristallizzazione. Quando l'acqua viene riscaldata, i gas disciolti in essa vengono rimossi da essa e, quando viene bollita, precipitano alcuni sali disciolti in essa. Finora, si può affermare solo una cosa: la riproduzione di questo effetto dipende essenzialmente dalle condizioni in cui viene eseguito l'esperimento. Proprio perché non sempre viene riprodotto. O.V. Mosin

La British Royal Society of Chemistry offre un premio di £ 1.000 a chiunque possa spiegare scientificamente perché l'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda in alcuni casi.

“La scienza moderna non può ancora rispondere a questa domanda apparentemente semplice. Gelatieri e baristi usano questo effetto nel loro lavoro quotidiano, ma nessuno sa davvero perché funzioni. Questo problema è noto da millenni, filosofi come Aristotele e Cartesio hanno riflettuto su di esso ", ha affermato il presidente della British Royal Society of Chemistry, il professor David Philips, citato in un comunicato stampa della Società.

Come un cuoco africano ha sconfitto un professore di fisica britannico

Questo non è un pesce d'aprile, ma una dura realtà fisica. La scienza attuale, che opera facilmente con galassie e buchi neri, costruisce acceleratori giganti per cercare quark e bosoni, non può spiegare come "funziona" l'acqua elementare. Un libro di testo scolastico afferma chiaramente che un corpo più caldo impiega più tempo a raffreddarsi rispetto a un corpo più freddo. Ma per l'acqua, questa legge non viene sempre osservata. Aristotele attirò l'attenzione su questo paradosso nel IV secolo a.C. NS. Così scriveva l'antico greco nel libro Meteorologica I: “Il fatto che l'acqua sia preriscaldata la fa gelare. Pertanto, molte persone, quando vogliono raffreddare rapidamente l'acqua calda, prima la mettono al sole ... ”Nel Medioevo, Francis Bacon e René Descartes hanno cercato di spiegare questo fenomeno. Ahimè, né i grandi filosofi, né i numerosi scienziati che hanno sviluppato la fisica termica classica sono riusciti in questo, e quindi questo fatto scomodo è stato "dimenticato" per molto tempo.

E solo nel 1968 si "ricordarono" grazie allo scolaro Erasto Mpemba dalla Tanzania, lontano da ogni scienza. Mentre studiava alla scuola d'arte, nel 1963, Mpembe, 13 anni, fu incaricato di fare il gelato. Secondo la tecnologia, era necessario far bollire il latte, sciogliervi lo zucchero, raffreddarlo a temperatura ambiente e quindi metterlo in frigorifero per congelarlo. Apparentemente, Mpemba non era uno studente diligente ed esitò. Temendo di non arrivare in tempo alla fine della lezione, mise il latte caldo in frigorifero. Con sua sorpresa, si è congelato anche prima del latte dei suoi compagni, preparato secondo tutte le regole.

Quando Mpemba ha condiviso la sua scoperta con un insegnante di fisica, lo ha preso in giro davanti a tutta la classe. Mpemba ricordava il dolore. Cinque anni dopo, già studente all'università di Dar es Salaam, era a una conferenza del famoso fisico Denis G. Osborne. Dopo la conferenza, ha posto allo scienziato una domanda: "Se prendi due contenitori identici con uguali quantità di acqua, uno a 35 ° C (95 ° F) e l'altro a 100 ° C (212 ° F), e li metti nel congelatore, quindi l'acqua in un contenitore caldo si congelerà più velocemente. Come mai?" Potete immaginare la reazione di un professore inglese alla domanda di un giovane della Tanzania dimenticata da Dio. Ha preso in giro lo studente. Tuttavia, Mpemba era pronto per una tale risposta e ha sfidato lo scienziato a una scommessa. La loro disputa si concluse con un test sperimentale che confermò la correttezza di Mpemba e la sconfitta di Osborne. Quindi l'allievo-cuoco ha iscritto il suo nome nella storia della scienza, e d'ora in poi questo fenomeno è chiamato "effetto Mpemba". Scartarlo, dichiararlo come "inesistente" non funziona. Il fenomeno esiste e, come scrisse il poeta, "non fino ai denti".

La colpa è delle particelle di polvere e dei soluti?

Nel corso degli anni, molti hanno cercato di svelare il mistero dell'acqua gelata. Sono state proposte tutta una serie di spiegazioni per questo fenomeno: evaporazione, convezione, influenza dei soluti, ma nessuno di questi fattori può essere considerato definitivo. Numerosi scienziati hanno dedicato la loro intera vita all'effetto Mpemba. James Brownridge ha studiato il paradosso nel suo tempo libero per oltre un decennio al Dipartimento per la sicurezza delle radiazioni della State University di New York. Dopo aver condotto centinaia di esperimenti, lo scienziato afferma di avere prove della "colpa" dell'ipotermia. Brownridge spiega che a 0 ° C, l'acqua è solo superraffreddata e inizia a congelare quando la temperatura scende al di sotto. Il punto di congelamento è controllato dalle impurità nell'acqua: cambiano la velocità di formazione dei cristalli di ghiaccio. Le impurità, e questi sono granelli di polvere, batteri e sali disciolti, hanno una temperatura di nucleazione caratteristica per loro, quando si formano cristalli di ghiaccio attorno ai centri di cristallizzazione. Quando nell'acqua sono presenti più elementi contemporaneamente, il punto di congelamento è determinato da quello con la temperatura di nucleazione più alta.

Per l'esperimento, Brownridge ha prelevato due campioni d'acqua alla stessa temperatura e li ha messi in un congelatore. Ha scoperto che uno dei campioni si congela sempre prima dell'altro, presumibilmente a causa di una diversa combinazione di impurità.

Brownridge afferma che l'acqua calda si raffredda più velocemente a causa della maggiore differenza di temperatura tra l'acqua e il congelatore - questo aiuta a raggiungere il suo punto di congelamento prima che l'acqua fredda raggiunga il suo punto di congelamento naturale, che è inferiore di almeno 5 ° C.

Tuttavia, il ragionamento di Brownridge solleva molte domande. Pertanto, coloro che possono spiegare l'effetto Mpemba a modo loro hanno la possibilità di competere per mille sterline dalla British Royal Chemical Society.

"ci siamo già imbattuti in alcune proprietà interessanti dell'acqua che ci permettono di vivere in particolare, e degli esseri viventi in generale. Continuiamo l'argomento e portiamo alla tua attenzione un'altra proprietà interessante (anche se non è chiara, vera o fittizia).

Interessante sull'acqua - L'effetto Mpemba: Sapevi che ci sono voci su Internet secondo cui l'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda? Forse non lo sai, ma queste voci stanno circolando. E molto testardo. Quindi di cosa stiamo parlando: un errore sperimentale o una nuova, interessante proprietà dell'acqua che non è stata ancora studiata?

Scopriamolo. La leggenda che si ripete da un sito all'altro è la seguente: prendi due contenitori d'acqua: versa acqua calda in uno e acqua fredda nell'altro e mettili nel congelatore. L'acqua calda si congelerà più velocemente dell'acqua fredda. Perché sta succedendo?

Nel 1963, uno studente tanzaniano di nome Erasto B. Mpemba, mentre congelava una miscela di gelato preparata, notò che la miscela calda si induriva più velocemente nel congelatore rispetto alla miscela fredda. Quando il giovane ha condiviso la sua scoperta con l'insegnante di fisica, ha solo riso di lui. Fortunatamente, lo studente è stato persistente e ha convinto l'insegnante a condurre un esperimento, che ha confermato la sua scoperta: in determinate condizioni, l'acqua calda si congela davvero più velocemente dell'acqua fredda.

La seconda versione della leggenda - Mpemba si rivolse al grande scienziato, che, fortunatamente, era vicino alla scuola africana di Mpemba. E lo scienziato ha creduto al ragazzo e ha ricontrollato cosa fosse cosa. Bene, si parte... Ora questo fenomeno dell'acqua calda, che si congela più velocemente dell'acqua fredda, si chiama "effetto Mpemba". È vero, molto prima di lui questa proprietà unica dell'acqua è stata notata da Aristotele, Francis Bacon e René Descartes.

Gli scienziati non comprendono ancora appieno la natura di questo fenomeno, spiegandolo o con la differenza di ipotermia, evaporazione, formazione di ghiaccio, convezione o con l'effetto dei gas liquefatti sull'acqua calda e fredda.

Quindi, abbiamo l'effetto Mpemba (il paradosso Mpemba) - un paradosso che dice che l'acqua calda (in determinate condizioni) può congelare più velocemente dell'acqua fredda. Anche se allo stesso tempo deve superare la temperatura dell'acqua fredda durante il processo di congelamento.

Di conseguenza, ci sono due modi per affrontare il paradosso. Il primo è iniziare a spiegare questo fenomeno, elaborare teorie e gioire del fatto che l'acqua è un liquido misterioso. Oppure puoi andare dall'altra parte: conduci in modo indipendente questo esperimento. E trai le dovute conclusioni.

Rivolgiamoci alle persone che hanno effettivamente fatto questa esperienza cercando di replicare l'effetto Mpemba. E allo stesso tempo, diamo un'occhiata a una piccola ricerca che determina "da dove crescono le gambe".

In russo, il messaggio sull'effetto Mpemba è apparso per la prima volta 42 anni fa, come riportato dalla rivista "Chemistry and Life" (1970, n. 1, p. 89). Essendo coscienziosi, i dipendenti di "Chimica e vita" decisero di condurre esperimenti da soli e furono convinti: "il latte caldo ostinatamente non voleva congelare prima". A questo risultato è stata data una spiegazione naturale: “Il liquido caldo non dovrebbe congelare prima. Dopotutto, la sua temperatura deve prima essere uguale alla temperatura del liquido freddo ".

Uno dei lettori di Chemistry and Life ha riportato quanto segue sui suoi esperimenti (1970, n. 9, p. 81). Portò a bollore il latte, lo fece raffreddare a temperatura ambiente e lo mise in frigorifero contemporaneamente al latte non bollito, anch'esso a temperatura ambiente. Il latte bollito si è congelato più velocemente. Lo stesso effetto, ma più debole, è stato ottenuto riscaldando il latte a 60 ° C, anziché bollire. L'ebollizione potrebbe essere cruciale: Questo farà evaporare parte dell'acqua ed evaporerà la parte più leggera del grasso. Di conseguenza, il punto di congelamento potrebbe cambiare. Inoltre, quando riscaldato, e ancor più durante la bollitura, sono possibili alcune trasformazioni chimiche della parte organica del latte.

Ma il “telefono danneggiato” aveva già iniziato a funzionare, e dopo più di 25 anni questa storia è stata così descritta: “Una porzione di gelato si raffredda più velocemente se la metti in frigorifero, dopo averla scaldata bene, che se la metti lasciarlo prima a una temperatura fredda” (“Sapere è potere”, 1997, n. 10, p. 100). Cominciarono a dimenticare gradualmente il latte e si trattava principalmente dell'acqua.

Tredici anni dopo, nella stessa Chimica e Vita, è apparso il seguente dialogo: "Se porti due tazze al freddo - con acqua fredda e calda - allora quale acqua si congelerà più velocemente? .. Aspetta l'inverno e controlla: acqua calda si congelerà più velocemente” ( 1993, n. 9, p. 79). Un anno dopo, seguì una lettera di un lettore coscienzioso, che in inverno portava diligentemente tazze di acqua fredda e calda nel freddo e si assicurava che l'acqua fredda si congelasse più velocemente (1994, n. 11, p. 62).

Un esperimento simile è stato effettuato utilizzando un frigorifero in cui il congelatore era ricoperto da uno spesso strato di brina. Quando ho messo tazze di acqua calda e fredda su questo congelatore, la brina sotto le tazze di acqua calda si è sciolta, sono affondate e l'acqua al loro interno si è congelata più velocemente. Quando ho messo gli occhiali sul gelo, l'effetto non è stato osservato, poiché il gelo sotto gli occhiali non si è sciolto. L'effetto non si è osservato quando, dopo aver scongelato il frigorifero, ho messo le tazze in un congelatore non coperto di brina. Ciò dimostra che la causa dell'effetto è lo scongelamento del gelo sotto i bicchieri con acqua calda ("Chimica e vita" 2000, n. 2, p. 55).

La storia del paradosso notato dal ragazzo tanzaniano è stata più volte accompagnata da un'osservazione significativa: dicono, non si dovrebbe trascurare alcuna informazione, anche molto strana. Un buon augurio, ma irrealizzabile. Se non eliminiamo prima le informazioni inaffidabili, vi annegheremo. E le informazioni non plausibili sono spesso sbagliate. Inoltre, accade spesso (come nel caso dell'effetto Mpemba) che l'implausibilità sia una conseguenza della distorsione delle informazioni durante la trasmissione.

Quindi, è interessante per l'acqua in generale, e l'effetto Mpemba in particolare non è sempre vero 🙂

Maggiori dettagli - nella pagina http://wsyachina.narod.ru/physics/mpemba.html